基于Wit指数的冰川型泥石流的年轮定灾方法

皋子琪; 吕立群; 周冠宇; 黄锋; 马超; 陶正想; 梁锦杭; 王兆印

doi:10.3799/dqkx.2024.011

基于W_it指数的冰川型泥石流的年轮定灾方法

doi: 10.3799/dqkx.2024.011

皋子琪^1, ,,
吕立群^1, , ,,
周冠宇¹,
黄锋¹,
马超¹,
陶正想¹,
梁锦杭¹,
王兆印²

1.
北京林业大学水土保持学院, 北京 100083
2.
清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084

基金项目:

第二次青藏高原综合科学考察 2019QZKK0903

第二次青藏高原综合科学考察 2019QZKK0902

详细信息

作者简介:
皋子琪（1998-），女，硕士研究生，主要从事山地灾害历史重建. ORCID：0009-0004-3359-6784. E-mail：gzq7770418@163.com

通讯作者:
吕立群，ORCID：0000-0002-4430-3594. E-mail: lvliqunqinghua@126.com

中图分类号: P642.23
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2024-01-09
- 网络出版日期: 2025-02-26
- 刊出日期: 2025-02-25

New Reconstruction of Glacier Debris Flows Based on Tree Ring Response

1.
College of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China
2.
State Key Laboratory of Hydrology and Sediment Science, Tsinghua University, Beijing 100084, China

摘要

摘要: 冰川型泥石流在瓤打曲流域频发，对当地安全造成了严重威胁，重建泥石流的暴发历史、流动范围和成因，可以为工程建设提供防灾减灾参数.基于树木年轮的愈伤组织和生长抑制响应，给出了年轮生长抑制的评判阈值和年轮定灾的W_it指数的新计算方法，并重建了1890—2021年的泥石流的暴发时间和流动范围；用泥石流实际暴发时间验证了年轮生长抑制的评判阈值和W_it新计算方法的合理性. 结果表明：（1）冰川活跃区年轮生长抑制的阈值修订为25%；（2）W_it指数计算需要排除生长释放因子，利用年轮的创伤组织和生长抑制会增大泥石流灾害事件的定年准确率.
- 泥石流 /
- 冰川 /
- 愈伤组织 /
- 生长抑制 /
- 灾害重建 /
- 工程地质
Abstract: Glacial debris flows occur frequently in the Rangdaqu River Basin, posing a serious threat to local safety. Reconstructing the eruption history, flow range, and causes of debris flows can provide disaster prevention and mitigation parameters for engineering construction. Based on the cambial injury tissue and growth inhibition response of trees, this study provides a new calculation method for the evaluation threshold of growth inhibition in tree rings and the W_it index of debrisflow identification in tree rings, and reconstructs the outbreak time and flow range of debris flows from 1890 to 2021. The results show that: (1) the threshold for growth inhibition in the active zone of glaciers has been revised to 25%; (2) the calculation of the W_it index needs to exclude growth release factors, and the use of traumatic tissue and growth inhibition in tree rings can improve the accuracy of dating debris flow events.
- debris flows /
- glaciers /
- damaged tissue /
- growth inhibition /
- disaster reconstruction /
- engineering geology

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图 1 研究区及树木采集样点

左上图底图审图号：GS（2020）4619号

Fig. 1. Study area and distribution of tree samples

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图 2 树木年轮生长扰动类型

a. 生长释放；b. 生长抑制；c.创伤与愈伤组织

Fig. 2. Type of growth disturbance

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图 3 基于原阈值计算的W_it值重建的泥石流暴发时间

Fig. 3. Reconstruction of debris flow occurrence by weighted index W_it

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图 4 不同树龄树木对泥石流扰动的响应

S. 强烈扰动；M. 中等扰动；W. 弱扰动；I. 创伤

Fig. 4. Tree sensitivity analysis to debris flows

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图 5 基于新的W_it值计算方法的泥石流暴发时间重建

Fig. 5. Reconstruction of debris flow occurrence by weighted index W_it

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图 6 基于新的W_it值计算方法的泥石流暴发时间重建

Fig. 6. Reconstruction of debris flow burst time based on different paths based on index W_it

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图 7 泥石流淹没区域重建图

Fig. 7. Distribution of debris flow inundated area in different years

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表 1 基于树木年轮的灾害定年方法

Table 1. Standard for tree ring disaster dating

作者	国家	地区	样品数量	时期(年份)	海拔(m)	年均降水(mm)	GD总数	定灾标准			灾害类型
作者	国家	地区	样品数量	时期(年份)	海拔(m)	年均降水(mm)	GD总数	I_t	GD数量	W_it	灾害类型
Mayera et al.（2010）	奥地利	Gratzental	227	1800-2007	2 106~1 166	1 526	1 155	I_t≥4%	未提及	未提及	泥石流
Corona et al.（2012）	法国	Arve	209	1771-1998	1 100~3 650	1 262	645	I_t > 1.7	GD数 > 5%	未提及	雪崩
Peitzsch et al.(2013)	美国	Rocky	673	1636-2017	1 100~2 700	未提及	2 134	样品数=10~20： GD数≥3个，I_t≥15%		高：W_it≥0.3	雪崩
								样品数=21~50： GD数≥5个，I_t≥10%		中：W_it≥0.2
								样品数=51~100： GD数≥7个，I_t≥7%		中：W_it≥0.2
								样品数 > 100： GD数≥9个，I_t≥4.5%		低：W_it < 0.2
Vădean et al.（2015）	罗马尼亚	Apuseni	20	1940-2010	平均835	800~1 000	72	I_t≥15%	GD数≥3个	未提及	泥石流
Šilhán et al.（2021）	捷克共和国	Hostynsko-vsetınskahornatina Mts.	153	1920-2017	平均550	700~1 200	179	可能发生：5%~10% 一定发生：I_t≥10%	未提及	未提及	滑坡
Franco-Ramos et al.（2019）	墨西哥	La Malinche	65	1933-2017	3 000~4 400	754	205	未提及	确定：GD≥4和W_it≥2 “潜在”泥石流：W_it≥1.5但GD≤4 噪声：GD数≤2个，W_it≤2		泥石流
Schneuwly-Bollschweilera et al.（2013）	瑞士	Zermatt	385	1600-2008	1 420~4 545	690	581	未提及	未提及	W_it > 1	泥石流
注：GD. 生长扰动；I_t. 响应指数；W_it. 加权指数

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表 2 生长扰动强度的分类阈值

Table 2. Classification of growth disturbances (GDs)

	T_s		T_m		T_w		T_i
	年轮变化(%)	持续时间	年轮变化(%)	持续时间	年轮变化(%)	持续时间	T_i
生长抑制	≥60%	≥5年	≥60%	< 5年且≥2年	≥40%且 < 60%	≥2年
生长释放	≥60%	≥5年	≥60%	< 5年且≥2年	≥50%且 < 60%	≥2年
创伤及愈伤组织							存在创伤及愈伤组织

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表 3 遥感数据集

Table 3. Collected Satellite datasets in this work

编号	数据来源	日期(日/月/年)	分辨率(m)	编号	数据来源	日期(日/月/年)	分辨率(m)
1	Landsat5	17/01/1987	30	15	Landsat5	17/02/2004	30
2	Landsat5	05/02/1988	30	16	Landsat5	23/12/2006	30
3	Landsat5	08/12/1989	30	17	Landsat5	30/04/2007	30
4	Landsat5	11/12/1990	30	18	Landsat5	26/11/2008	30
5	Landsat5	14/12/1991	30	19	Landsat5	29/11/2009	30
6	Landsat5	30/11/1992	30	20	Landsat5	18/12/2010	30
7	Landsat5	01/11/1993	30	21	Landsat5	04/02/2011	30
8	Landsat5	06/12/1994	30	22	Landsat8	24/11/2013	30
9	Landsat5	07/11/1995	30	23	Landsat8	29/12/2014	30
10	Landsat5	07/11/1996	30	24	Landsat8	30/11/2015	30
11	Landsat5	15/11/1998	30	25	Landsat8	21/12/2017	30
12	Landsat5	18/01/1999	30	26	Landsat8	22/11/2018	30
13	Landsat5	22/12/2000	30	27	Landsat8	11/11/2020	30
14	Landsat5	15/12/2003	30	28	Landsat8	06/03/2022	30

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表 4 生长扰动年代分布表(GDs)

Table 4. Distribution of growth disturbance (GDs)

	生长抑制		创伤及愈伤组织			生长抑制		创伤及愈伤组织			生长抑制		创伤及愈伤组织
	数量	占比	数量	占比		数量	占比	数量	占比		数量	占比	数量	占比
1896	1	1.00	0	0	1938	2	0.25	0	0.00	1980	8	0.17	0	0.00
1897	0	0.00	0	0	1939	2	0.25	0	0.00	1981	11	0.23	1	0.02
1898	0	0.00	0	0	1940	0	0.00	0	0.00	1982	12	0.25	1	0.02
1899	0	0.00	0	0	1941	4	0.50	0	0.00	1983	13	0.27	2	0.04
1900	0	0.00	0	0	1942	1	0.13	0	0.00	1984	4	0.08	3	0.06
1901	1	1.00	0	0	1943	2	0.22	0	0.00	1985	13	0.25	2	0.04
1902	0	0.00	0	0	1944	2	0.22	0	0.00	1986	10	0.19	2	0.04
1903	1	0.33	0	0	1945	4	0.44	0	0.00	1987	9	0.17	2	0.04
1904	1	0.33	0	0	1946	5	0.56	0	0.00	1988	17	0.30	2	0.04
1905	2	0.67	0	0	1947	0	0.00	0	0.00	1989	10	0.18	1	0.02
1906	0	0.00	0	0	1948	3	0.27	0	0.00	1990	16	0.29	1	0.02
1907	1	0.33	0	0	1949	2	0.18	0	0.00	1991	13	0.23	2	0.04
1908	0	0.00	0	0	1950	4	0.36	0	0.00	1992	11	0.19	2	0.03
1909	1	0.33	0	0	1951	1	0.09	0	0.00	1993	14	0.24	3	0.05
1910	1	0.33	0	0	1952	3	0.25	0	0.00	1994	18	0.31	4	0.07
1911	1	0.33	0	0	1953	3	0.25	0	0.00	1995	8	0.13	3	0.05
1912	1	0.33	0	0	1954	3	0.25	1	0.08	1996	22	0.35	3	0.05
1913	1	0.33	0	0	1955	5	0.31	1	0.06	1997	11	0.17	3	0.05
1914	0	0.00	0	0	1956	2	0.13	0	0.00	1998	18	0.29	2	0.03
1915	1	0.33	0	0	1957	7	0.44	0	0.00	1999	18	0.28	3	0.05
1916	1	0.33	0	0	1958	4	0.24	1	0.06	2000	14	0.22	3	0.05
1917	1	0.33	0	0	1959	4	0.21	1	0.05	2001	20	0.30	4	0.06
1918	0	0.00	0	0	1960	4	0.20	0	0.00	2002	11	0.16	4	0.06
1919	1	0.33	0	0	1961	0	0.00	0	0.00	2003	17	0.25	2	0.03
1920	1	0.33	0	0	1962	7	0.33	1	0.05	2004	18	0.26	4	0.06
1921	0	0.00	0	0	1963	3	0.14	1	0.05	2005	12	0.17	2	0.03
1922	1	0.25	0	0	1964	3	0.13	2	0.09	2006	19	0.27	3	0.04
1923	1	0.25	0	0	1965	7	0.27	0	0.00	2007	20	0.29	4	0.06
1924	1	0.25	0	0	1966	6	0.23	1	0.04	2008	15	0.21	4	0.06
1925	2	0.50	0	0	1967	2	0.07	1	0.04	2009	18	0.25	4	0.06
1926	0	0.00	0	0	1968	8	0.28	2	0.07	2010	25	0.35	3	0.04
1927	1	0.25	0	0	1969	4	0.13	2	0.07	2011	10	0.14	5	0.07
1928	2	0.40	0	0	1970	7	0.22	0	0.00	2012	15	0.21	6	0.08
1929	2	0.40	0	0	1971	8	0.24	1	0.03	2013	17	0.24	4	0.06
1930	0	0.00	0	0	1972	8	0.24	0	0.00	2014	16	0.22	3	0.04
1931	2	0.40	0	0	1973	9	0.26	0	0.00	2015	9	0.13	1	0.01
1932	0	0.00	0	0	1974	10	0.29	0	0.00	2016	24	0.33	2	0.03
1933	1	0.17	0	0	1975	10	0.26	0	0.00	2017	12	0.17	1	0.01
1934	1	0.14	0	0	1976	5	0.12	0	0.00	2018	15	0.21	1	0.01
1935	1	0.14	0	0	1977	11	0.26	0	0.00	2019	23	0.32	1	0.01
1936	2	0.29	0	0	1978	7	0.17	0	0.00	2020	17	0.24	2	0.03
1937	1	0.14	0	0	1979	11	0.24	0	0.00	2021	14	0.19	2	0.03

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表 5 生长扰动强度的新分类阈值

Table 5. New classification of growth disturbances (GDs)

	T_s		T_m		T_w		T_i
	年轮变化(%)	持续时间	年轮变化(%)	持续时间	年轮变化(%)	持续时间	T_i
生长抑制	≥60%	≥5年	≥60%	< 5年且≥2年	≥25%且 < 40%	≤2年
创伤及愈伤组织							存在创伤及愈伤组织

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参考文献(40)

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